一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器

摘要

本发明公开了一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器，包括培养皿和主轴，培养皿通过固定盘与旋转轴连接，旋转轴通过橡胶球与底座连接，主轴一端与固定盘连接，另一端穿过橡胶球的中心和旋转轴与底座上的发动机连接；本发明发动机带动主轴倾斜旋转，通过橡胶球控制旋转轴的上下震动，从而实现固定盘上的培养皿倾斜旋转及上下震动。当培养皿随着固定盘一起运动时，由于倾斜和上下震动会使上侧的组织工程皮肤复合物暴露在空气当中，而达到气‑液交换培养的目的，使得角质细胞从底层吸收营养成分，不断向表层分化推进形成角质层并不断促进表皮成熟，并使打印出来的3D打印皮肤具备“类组织”结构，产生类似正常皮肤的细胞外基质。

权利要求

1.一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器，其特征在于，包括培养皿(6)和主轴(5)，所述培养皿(6)通过固定盘(1)与旋转轴(2)连接，所述旋转轴(2)通过橡胶球(3)与带有发动机的底座(4)连接，所述主轴(5)一端与所述固定盘(1)连接，另一端穿过所述橡胶球(3)的中心和所述旋转轴(2)与底座(4)上的发动机连接；

所述橡胶球(3)与底座(4)为定点固定；底座(4)上的发动机带动主轴(5)的倾斜旋转且通过橡胶球(3)控制旋转轴(2)的上下震动，从而带动固定盘(1)及固定盘(1)上的培养皿(6)的倾斜旋转及上下震动。

2.如权利要求1所述3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器，其特征在于，所述培养皿(6)通过松紧带固定在所述固定盘(1)上。

说明书

一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及组织工程领域，具体为一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器。

背景技术

[0002] 皮肤指身体表面包在肌肉外面的组织，是人体最大的器官。皮肤总重量占体重的5％～15％，总面积为1.5～2平方米，厚度因人或部位而异，为0.5毫米～4毫米。皮肤覆盖全身，它使体内各种组织和器官免受物理性、机械性、化学性和病原微生物性的侵袭。皮肤具有两个方面的屏障作用：一方面防止体内水份、电解质、其他物质丢失；另一方面阻止外界有害物质的侵入。皮肤保持着人体内环境的稳定，同时皮肤也参与人体的代谢过程。当由于外界损伤或疾病等因素造成皮肤缺损时，其危害可以是轻微的，也可以是致命的。

[0003] 皮肤创面的修复和愈合是外科学研究的热点和难点。尤其是对于严重烧伤、大范围撕脱伤、糖尿病足和肿瘤溃疡等难愈性伤口，更是创伤外科领域的棘手问题。传统常用的皮肤缺损修复方法有：自体皮肤移植、同种异体皮肤移植、异种皮移植，但这些方法都存在着供区不足、免疫排斥、疾病传播的风险，为解决这些难题，寻找一种理想的皮肤替代物在临床上显得尤为重要。近年来，3D生物打印技术在制造工程学领域内异军突起,并开始向生物医学领域延伸。从最初的普及化介绍到在研究领域内的初步探索，在较短的时间内，该技术为解决供体皮肤面积受限和为皮肤创面修复带来了新的曙光，因此3D打印皮肤技术正在成为创伤修复治疗领域内新的研究重点。

[0004] 用3D生物打印技术制备出含有细胞、细胞外基质等可以用于临床治疗的，模拟天然成分的皮肤，并将打印皮肤暴露在气液平面，在这种环境下，角质细胞从底层吸收营养成分，不断向表层分化推进形成角质层并不断促进表皮成熟(角质细胞和成纤维细胞)，而一个使得打印出来的皮肤处于气液交换平面的生物反应器显得尤为重要。现有的生物反应器不仅结构复杂，而且无法使组织工程皮肤复合物在模拟人体皮肤的生长环境下生长，不能获得在性能上能够真正取代人体皮肤的组织工程皮肤。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是克服现有的生物反应器结构复杂却不能使皮肤处于气液交换平面的缺陷，提供一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

[0007] 一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器，包括培养皿和主轴，所述培养皿通过固定盘与旋转轴连接，所述旋转轴通过橡胶球与带有发动机的底座连接，所述主轴一端与所述固定盘连接，另一端穿过所述橡胶球的中心和所述旋转轴与底座上的发动机连接。

[0008] 进一步的，不同大小的培养皿可以通过松紧带固定在所述固定盘上。

[0009] 橡胶球与底座为定点固定，橡胶球可以根据旋转轴的旋转运动而摆动，也可以根据程序设计随主轴上下震动。橡胶球与旋转轴通过主轴进行连接，橡胶球起到运动过程中的缓冲作用；

[0010] 在本发明中底座上的发动机带动主轴倾斜旋转，底座上的发动机通过橡胶球控制旋转轴的上下震动，从而实现固定盘上的培养皿倾斜旋转及上下震动。当培养皿随着固定盘一起运动时，由于倾斜和上下震动会使上侧的组织工程皮肤复合物暴露在空气当中，而达到气-液交换培养的目的，使得角质细胞从底层吸收营养成分，不断向表层分化推进形成角质层并不断促进表皮成熟，并使打印出来的3D打印皮肤具备“类组织”结构，产生类似正常皮肤的细胞外基质。与现有技术中的普通生物反应器相比，可以使得培养液沿组织块各个方向进入材料内部，达到交换营养物质，带出细胞呼吸废物的作用，防止复合材料体外培养的“中空”现象；另一方面本发明的生物反应器的取放非常方便，并且可以适用于一定大小范围内的培养容器。

附图说明

[0011] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0012] 图1是本发明的结构示意图；

[0013] 图2是本发明的主轴带动固定盘倾斜旋转的工作原理的示意图；

[0014] 图3是本发明的倾斜旋转的主轴和橡胶球带动固定盘上下震动的工作原理的示意图。

具体实施方式

[0015] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0016] 实施例

[0017] 如图1-3所示，一种3D打印皮肤的动态倾斜旋转生物反应器，包括培养皿6和主轴5，所述培养皿6通过固定盘1与旋转轴2连接，旋转轴2通过橡胶球3与带有发动机的底座4连接，主轴5一端与固定盘1连接，另一端穿过橡胶球3的中心和旋转轴2与底座4上的发动机连接。

[0018] 培养皿6通过松紧带固定在固定盘1上。橡胶球3与底座4为定点固定。

[0019] 在本实施例中底座4的发动机带动主轴5的倾斜旋转，且通过橡胶球3控制旋转轴2的上下震动，从而带动固定盘及固定盘1上的培养皿6的倾斜旋转及上下震动。主轴5一端与固定盘1的中心连接，一端与底座4的发动机连接，穿过橡胶球3及旋转轴2，带动橡胶球3、旋转轴2、固定盘1及培养皿6的运动；橡胶球3与底座4进行定点固定，橡胶球3可以根据旋转轴2的旋转运动而摆动，也可以根据程序设计随主轴5上下震动；橡胶球3与旋转轴2通过主轴5进行连接，橡胶球3起到运动过程中的缓冲作用；另外，橡胶球3的存在使得旋转轴2和固定盘1一起能够在一定的范围内、以一定的频率上下震动；旋转轴2的上端与固定盘1进行固定连接，即旋转轴2的运动带动固定盘1的运动。所述固定盘1上可通过松紧带对不同大小的培养皿6进行固定，培养皿6随着固定盘1一起运动时，由于倾斜和上下震动会使上侧的组织工程皮肤复合物暴露在空气当中，而达到气-液交换培养的目的。

[0020] 在实际操作中，先将培养皿6安装在固定盘1上，运行机器。橡胶球3及旋转轴2带动固定盘1及培养皿6做倾斜旋转和上下震动运动，使上侧的组织工程皮肤复合物暴露在空气当中，而达到气-液交换培养的目的，使得表层角质细胞分化推进形成角质层并不断促进表皮成熟，使打印出来的3D打印皮肤具备“类组织”结构，产生类似正常皮肤的细胞外基质；并且使培养液可以沿组织块各个方向进入材料内部，达到交换营养物质，带出细胞呼吸废物的作用，防止复合材料体外培养的“中空”现象。

[0021] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。